СПОСОБ И ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ПЛАНИРОВАНИЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ЛОВУШКИ ОБЕДНЕННЫХ ОКСИДОВ АЗОТА Российский патент 2019 года по МПК F01N11/00 F01N3/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к регенерации накопителя оксидов азота (OA) обедненной смеси в двигателе автомобиля, и, в частности, к способу и устройству для планирования очистки накопителя оксидов азота обедненной смеси (НОА) от OA в процессе эксплуатации автомобиля.

Уровень техники и сущность изобретения

НОА представляет собой устройство доочистки отработавших газов для двигателей, работающих на обедненных смесях. НОА следует периодически очищать с целью выпуска и преобразования оксидов азота (OA), накапливаемых в НОА в период работы двигателя на обедненной смеси. Для выполнения очистки двигатель переводят на работу на воздушно-топливной смеси с повышенным стехиометрическим соотношением компонентов. В результате работы на обогащенной смеси генерируется значительное количество окиси углерода (СО) и углеводородов (УВ) для преобразования накопленных OA. Как правило, режим очистки активируют на основании расчетной нагрузки НОА. То есть, когда расчетная масса OA, накапливаемых в НОА, превышает заранее установленное пороговое значение, запускается переход в режим очистки. Операция обогащения будет продолжаться в течение нескольких секунд, пока НОА не будет очищен от накопленных OA, после чего режим очистки прекращается и возобновляется обычный режим работы двигателя на обедненной смеси.

Так как во время процесса очистки двигатель должен работать на смеси с обогащением относительно стехиометрического соотношения, очистка окажет значительное отрицательное воздействие на экономию топлива по сравнению с экономией топлива в режиме работы на обедненной смеси и, поэтому, обычной практикой является оптимизация времени очистки с целью снизить потери при экономии топлива.

Далее известно, что, поскольку регенерация устройства доочистки НОА требует работы двигателя на богатой смеси, это приводит к определенному перемешиванию топлива с маслом, используемым для смазки двигателя, и таким образом к разжижению масла. Поэтому, распространенной практикой является задержка регенерации НОА, пока уровень OA, накапливаемых в НОА, не достигнет заранее установленного высокого уровня с целью накопления в НОА максимального количества OA и сокращения количества необходимых операций по регенерации с целью снижения разжижения топлива.

Авторы изобретения пришли к выводу, что недостаток известных технических решений заключается в том, что по мере того, как НОА будет наполняться OA, увеличивается утечка OA из НОА. Когда НОА почти не содержит накопленных OA, даже значительные изменения режима работы двигателя, например, внезапная потребность в увеличении крутящего момента не приведет к значительной утечке OA из НОА. Однако, когда НОА наполнен OA, сопротивление НОА к утечке OA снижается, и поэтому, по мере того как наполнение достигает уровня, близкого к тому, при котором обычно начинается регенерация, даже небольшие изменения в режиме работы двигателя могут привести к значительной утечке OA из НОА.

Утечка OA из НОА приведет к резкому росту выбросов OA двигателем автомобиля, что нежелательно. Кроме того, мгновенное повышение содержания OA в отработавших газах из-за роста выбросов OA также окажет отрицательное воздействие на суммарные выбросы OA двигателем автомобиля.

При более жестких нормах по выбросам, особенно для OA, любое увеличение суммарных выбросов OA может привести к тому, что автомобиль будет признан не соответствующим утечке OA, хотя при нормальной эксплуатации автомобиля уровень содержания OA в выхлопной трубе вполне соответствует лимитам, установленным на законодательном уровне.

Одним из примеров более строго регулирования в Европе является введение требования анализа отработавших газов в реальных условиях движения (РУД) в отчетность об отработавших газах посредством переносной системы контроля отработавших газов (ПСКОГ) в реальных условиях вождения автомобиля на общественных дорогах.

Целью настоящего изобретения является способ планирования регенерации накопителя оксидов азота обедненной смеси, который минимизирует содержание OA в отработавших газах автомобиля в выхлопной трубе.

Согласно первому аспекту изобретения предложен способ планирования регенерации накопителя оксидов азота (OA) обедненной смеси, выполненного с возможностью приема отработавших газов из двигателя автомобиля, работающего на обедненной смеси, при этом способ предусматривает использование, по меньшей мере, одного графика очистки для планирования регенерации накопителя OA обедненной смеси, при этом, когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, превышает заранее заданный уровень, используют первый график очистки для очистки накопителя OA обедненной смеси, при этом первый график очистки основан на зависимости между содержанием OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы и одним из следующего: временем наработки двигателя между событиями очистки и расстоянием, пройденным между событиями очистки, для прогнозирования времени наработки двигателя или расстояния, проходимого между событиями очистки, которые приведут к минимальному количеству OA обедненной смеси в отработавших газах, выработанных двигателем, на выходе выхлопной трубы, и для реализации очистки накопителя OA обедненной смеси при прогнозируемом времени наработки двигателя или на прогнозируемом пройденном расстоянии с целью минимизации содержания OA в отработавших газах, выработанных двигателем, на выходе выхлопной трубы и, когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, ниже заранее заданного уровня, используют второй график очистки для очистки накопителя OA обедненной смеси, при этом второй график очистки минимизирует коэффициент преобразования OA по сравнению с CO₂, выработанной двигателем.

Способ может дополнительно содержать создание модели хранения накопителя OA обедненной смеси и использование модели хранения накопителя OA обедненной смеси для прогнозирования момента утечки OA с целью минимизации содержания OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы.

Модель хранения накопителя OA обедненной смеси, обеспечивает оценку OA, накопленных в накопителе OA обедненной смеси, в виде функции смоделированной температуры накопителя OA обедненной смеси и смоделированного расхода отработавших газов. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, модель хранения накопителя OA обедненной смеси, обеспечивает оценку OA, накопленных в накопителе OA обедненной смеси, на основе измерения OA поступающих на вход накопителя OA обедненной смеси и смоделированного расхода отработавших газов.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, способ может дополнительно содержать использование датчика OA, расположенного выше по потоку от накопителя OA обедненной смеси, и датчика OA, расположенного ниже по потоку от накопителя OA обедненной смеси, для непосредственного измерения содержания OA и использование результатов измерений указанных датчиков, расположенных выше и ниже по потоку для прогнозирования момента утечки OA с целью минимизации содержания OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы.

Способ может дополнительно содержать использование датчика OA, расположенного ниже по потоку от накопителя OA обедненной смеси, для непосредственного измерения OA и использования результатов измерений от датчика OA, расположенного ниже по потоку, для непосредственного измерения утечки OA с целью их использования при планировании очистки для минимизации содержания OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы.

Ниже по потоку от накопителя OA обедненной смеси установлен пассивный каталитический нейтрализатор селективного восстановления, и первый график очистки выборочно модифицируют с целью максимальной выработки аммиака (NH3) для использования в пассивном каталитическом нейтрализаторе селективного восстановления, расположенном ниже по потоку.

Согласно второму аспекту изобретения предлагается электронная система планирования очистки накопителя OA обедненной смеси, выполненного с возможностью приема отработавших газов из двигателя, работающего на обедненной смеси, при этом электронная система выполнена с возможностью создания, по меньшей мере, одного графика очистки для планирования очистки накопителя OA обедненной смеси, при этом, когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, превышает заранее заданный уровень, электронная система выполнена с возможностью создания и использования первого графика очистки на основе зависимости между содержанием OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы и одним из следующего: временем наработки двигателя между событиями очистки и расстоянием, пройденным между событиями очистки, для прогнозирования времени наработки двигателя или расстояния, проходимого между событиями очистки, которые приведут к минимальному количеству OA обедненной смеси в отработавших газах, выработанных двигателем, на выходе выхлопной трубы, и электронная система также выполнена с возможностью использования первого графика очистки для реализации очистки накопителя OA обедненной смеси при прогнозируемом времени наработки двигателя или на прогнозируемом пройденном расстоянии с целью минимизации содержания OA в отработавших газах, выработанных двигателем, на выходе выхлопной трубы и, когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, ниже заранее заданного уровня, электронная система выполнена с возможностью создания и использования второго графика очистки, чтобы минимизировать коэффициент преобразования OA, выработанных двигателем, по сравнению с CO₂, выработанной двигателем.

Электронная система может содержать центральный процессор, и центральный процессор выполнен с возможностью создания первого графика очистки.

Центральный процессор можно использовать для управления двигателем с целью чистки накопителя OA в соответствии с первым графиком очистки.

Электронная система может содержать центральный процессор, а центральный процессор выполнен с возможностью создания второго графика очистки.

Электронная система может содержать центральный процессор, и центральный процессор выполнен с возможностью управления двигателем с целью очистки OA в соответствии со вторым графиком очистки.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение далее поясняется с помощью примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором:-

ФИГ. 1 - схематический вид в плане автомобиля в соответствии с третьим аспектом изобретения, оборудованного системой планирования регенерации НОА в соответствии со вторым аспектом изобретения;

ФИГ. 2- блок-схема системы, изображенной на ФИГ. 1, показывающая более подробно различные функциональные компоненты системы;

Фиг. 3 - схема первого примера осуществления изобретения выхлопной системы двигателя;

ФИГ. 4 - схема второго примера осуществления изобретения выхлопной системы двигателя; и

ФИГ. 5 - показана диаграмма зависимостей между CO₂, топлива в масле, содержанием OA в отработавших газах, в том числе чистку, и соотношения подавления окислов азота к пропорции CO₂ в зависимости от расстояния до очистки.

Раскрытие изобретения

В частности, на ФИГ. 1 и 2 изображен автомобиль 1 с двигателем, работающим на обедненной смеси, в виде дизельного двигателя 2. Автомобиль 1 имеет в данном случае четыре ходовых колеса 5, 6, из которых два передних ходовых колеса 5 имеют привод от двигателя 2 при помощи системы привода 3, состоящей из многоступенчатой трансмиссии, дифференциала и пары полуосей. Движение автомобиля 1 вперед обозначено стрелкой F на ФИГ. 1.

Двигатель 2 соединен с выхлопной системой 7 посредством выпускного коллектора 8, который может содержать турбонагнетатель (не показан). Отработавшие газы поступают из двигателя 2 через коллектор 8 в выхлопную систему 7 и проходят через накопитель 10 OA обедненной смеси (НОА), пассивный каталитический нейтрализатор 11 селективного каталитического восстановления (КНСКВ) и глушитель 12, прежде чем попасть в атмосферу через выхлопную трубу 9. Специалистам в данной области станет очевидно, что выхлопная система 8 может содержать дополнительные устройства доочистки отработавших газов или более одного глушителя и, таким образом, не ограничена точной конфигурацией, показанной на ФИГ. 1.

Электронная система 20 установлена для контроля работы двигателя 2 и для планирования регенерации или очистки НОА 10.

Электронная система 20 содержит центральный процессор 21, предназначенный для получения входного сигнала 22, указывающего на характер отработавшего газа, проходящего через выхлопную систему 7, от одного или нескольких датчиков отработавших газов и входного сигнала 23, указывающего на работу двигателя 2 и/или транспортного средства 1.

Центральный процессор 21 содержит в данном случае блок центрального процессора, способного выполнять компьютерную программу, и несколько запоминающих устройств, в которых хранятся одна или несколько программ и инструкции по эксплуатации блока центрального процессора.

Центральный процессор 21 и, в частности, блок центрального процессора предназначен для обработки сигналов, получаемых от входов 22, 23, и подачи выходного сигнала на блок 25 управления двигателем, используемым для контроля режима работы двигателя 2.

В части касающейся настоящего изобретения электронная система 20 функционирует с целью планирования регенерации НОА 10 в соответствии со способом планирования регенерации накопителя OA обедненной смеси по настоящему изобретению. Однако также станет очевидно, что электронная система 20 и, в частности, блок управления 25 двигателем могут также контролировать работу двигателя 2 в процессе нормальной эксплуатации двигателя 2.

На фиг. 3 и 4 показаны два примера осуществления изобретения и, в частности, различные датчики, формирующие входной сигнал 22 на фиг. 2, наряду с одним из датчиков, формирующим входной сигнал 23 на фиг. 2.

На фиг. 3 показана выхлопная система 7 более подробно. Центральный процессор 21 подсоединен к ряду датчиков отработавших газов, формирующих вход 22. При этом датчики отработавших газов содержат датчик воздушно-топливного отношения или лямбда датчик 22а, первый датчик 22 с температуры отработавших газов, второй датчик 22d температуры отработавших газов и третий датчик 22е температуры отработавших газов.

На ФИГ. 3 показан один датчик 23а массового расхода воздуха (МРВ), являющийся частью входа 23, однако специалистам в данной области техники будет понятно, что несколько других датчиков могут быть установлены как часть входа 23 - к примеру, и безо всяких ограничений - датчик частоты вращения двигателя, датчик положения акселератора, датчик скорости автомобиля, датчик пройденного расстояния и датчик или другое устройство указания расхода топлива.

Электронная система 20 действует следующим образом. Датчик 23а МРВ проводит замер массы поступающего воздушного потока, значение воздушно-топливного отношения отработавших газов на выходе из двигателя 2 замеряет лямбда датчик 22а, а первый и второй датчики 22 с и 22d температуры отработавших газов предоставляют значения температуры отработавших газов выше и ниже по потоку от НОА 10. Использование данных, вводимых от датчиков 22а, 22с, 22d и 23а, позволяет центральному процессору 21 рассчитать генерирование OA в двигателе и хранение этих OA в НОА.

Смоделированные вводы OA в подаваемом газе, полученные с помощью входов 22 и 23, вводят в модель хранение НОА. Модель хранения НОА предоставляет оценку OA, хранящихся в НОА 10 как функцию смоделированной температуры НОА и смоделированного расхода газа. Смоделированное хранилище НОА затем используют для прогнозирования того, когда произойдет утечка OA из-за низкого уровня запасов НОА 10.

Информацию об уровне запасов затем используют для планирования чистки НОА для возврата НОА 10 в режим низкой утечки OA и высокого уровня хранения. Прогнозирование утечки OA из НОА 10 используют для запуска заблаговременной чистки НОА 10 и снижения, таким образом, утечки OA. Оптимальную точку конверсии НОА 10 также моделируют с целью сместить планирование чисток к точке максимальной эффективности OA или максимальной конверсии OA. Эффективность конверсии накопленных OA моделируют как функцию смоделированной температуры НОА, смоделированного расхода газа, смоделированного хранения OA и лямбды во время чистки.

При наличии КНСКВ 11 ниже по потоку в выхлопной системе 7, планирование очисток также можно модифицировать с целью доведения до максимума выработки NH3 за счет CO₂ для того, чтобы улучшить конверсию OA в пассивном КНСКВ 11, в котором в качестве восстановителя используют NH3.

Эффективность смоделированной конверсии можно также использовать для перемещения очисток НОА к максимальной конверсии накопленных OA для минимального расхода по параметру топливо/CO₂.

Картированную экономию топлива в связи с чисткой НОА можно также использовать для запуска НОА-чисток с целью минимизации расходов по параметру топливо/CO₂.

В некоторых вариантах осуществления изобретения электронная система 20 использует более одного графика очистки в зависимости от состояния НОА 10 или других требований, например, нормирования состава автомобильных выбросов.

В таком случае первый график очистки используют для смещения очистки НОА 10, чтобы минимизировать содержание OA в отработавших газах, а второй график очистки используют, чтобы свести до минимума норму конверсии OA по сравнению с выработанным CO₂.

Следует понимать, что существуют многочисленные положения по нормированию состава автотранспортных выбросов, которые следует соблюдать, и что в некоторых случаях для того, чтобы соблюсти эти положения, необходимо отрегулировать очистку НОА 10 так, чтобы снизить содержание OA в отработавших газах. Например, может быть требование ограничить массу OA на км пробега до заданного уровня. Например, нормы выбросов «Euro 6» требуют, чтобы для дизельных двигателей содержание OA в отработавших газах было менее 0,08 г/км и менее 0,06 г/км OA для бензиновых двигателей. Таким образом, если выбросы OA превышают коэффициент выброса E_f, равного фактическому выбросу OA автомобилем, поделенному на выбросы OA, разрешенные нормативом, то есть если E_f>1,0, то нормативы по выбросам будут нарушены. Поэтому, чтобы этого не случилось, можно установить заданный уровень коэффициента выброса, например, 0,85 и, если E_f>0,85, то используют первый график очистки, а если E_f<0,85, то используют второй график очистки.

Аналогично этому, в зависимости от требований к отчетности согласно Европейским нормам выбросов отработавших газов в реальном цикле движения, следует рассчитать коэффициент соответствия между реальными выбросами во время движения и лимитами, установленными для регулируемого Нового европейского цикла движения (НЕЦД), и этот коэффициент должен быть меньше декларируемого лимита; если эксплуатация автомобиля показывает, что прогнозируемое значение коэффициента выброса при использовании второго графика будет выше коэффициента или несколько ниже этого коэффициента, тогда можно использовать первый график.

Однако в случаях, когда выбросы OA автомобилем вполне вписываются в требуемые нормативы, предпочтительно использовать второй график, так как это оптимизирует повышенный расход топлива/CO₂, поскольку этот график не только уменьшит эксплуатационные расходы автомобиля, но и снизит разжижение масла топливом.

Также очевидно, что по мере увеличения срока службы НОА его эффективность хранения падает по сравнению с новым OA. Поэтому, если НОА новый, то можно использовать второй график очистки, так как отсутствует риск, что выхлопные газы превысят установленные предельные значения, но по мере выработки ресурса НОА способен соответствовать таким нормам, только если использовать первый график очистки. Поэтому, путем установки такого параметра, как эквивалентный срок службы, указывающий на расчетное термальное старение НОА, и путем установки предельного срока службы, можно переходить со второго графика очистки к первому графику очистки на основании того, выше или ниже ли текущее значение параметра предельного срока службы. Например, аналогичный срок службы выше предельного срока службы, то применяют первый график очистки, в противном случае, применяют второй график очистки.

На ФИГ. 4 показан вариант изобретения, приведенного на ФИГ. 3, который во многих отношениях аналогичен первому варианту осуществления изобретения.

Центральный процессор 21 подсоединен, как и прежде, к ряду датчиков отработавших газов, формирующих вход 22, но в данном случае помимо датчика воздушно-топливного отношения или лямбда датчика 22а, первого датчика 22 с температуры отработавших газов, второго датчика 22d температуры отработавших газов и третьего датчика 22е температуры отработавших газов также установлен первый датчик 22b OA выше по потоку от НОА 10 и второй датчик 22f OA ниже по потоку от пассивного КНСКВ 11, с целью прямого зондирования выбросов OA из выхлопной трубы 9.

Как и прежде, на ФИГ. 4 показан один датчик 23а массового расхода воздуха (МРВ), являющийся частью входа 23,однако специалистам в данной области техники будет понятно, что некоторые другие датчики могут быть установлены как часть входа 23 - к примеру, и безо всяких ограничений - датчик частоты вращения двигателя, датчик положения акселератора, датчик скорости автомобиля, датчик пройденного расстояния и датчик или другое устройство указания расхода топлива.

Электронная система 20 действует следующим образом. Датчик 23а МРВ проводит замер массы поступающего воздушного потока, значение воздушно-топливного отношения отработавших газов на выходе из двигателя 2 замеряет лямбда датчик 22а, а первый и второй датчики 22 с и 22d температуры отработавших газов предоставляют значения температуры отработавших газов выше и ниже по потоку от НОА 10. Использование данных, вводимых от датчиков 22а, 22 с, 22d и 23а, позволяет центральному процессору 21 рассчитать генерирование OA в двигателе и хранение этих OA в НОА.

Расположенный выше по потоку датчик OA 22b обеспечивает непосредственное измерение OA в НОА 10, и поэтому модель содержания OA в подаваемом газе не требуется.

Датчик 22f содержания OA в отработавших газах используют в данном случае для обеспечения в сочетании с расположенным выше по потоку датчиком 22b OA непосредственного измерения OA, хранимых в НОА 10 без необходимости создания для этого модели. Следует понимать, что OA, хранимые в НОА 10, это разница между содержанием OA, измеренным датчиком 22b OA на входе в НОА 10, и содержанием OA, измеренным датчиком 22f OA на выходе выхлопной трубы 9, если ниже по потоку от НОА 10 нет пассивного КНСКВ 11.

То есть:

Хранение OA в НОА=содержание OA в подаваемом газе - содержание OA на выходе выхлопной трубы.

В случае, когда пассивный КНСКВ 11, как показано на ФИГ. 4, установлен между расположенным выше по потоку датчиком 22b OA и датчиком 22f OA выхлопной трубы, тогда OA, хранимые в НОА 10, представляют собой разницу между содержанием OA, измеренным датчиком 22b OA на входе в НОА 10 и содержанием OA, измеренным датчиком 22е OA на выходе выхлопной трубы 9 минус OA, удаленные пассивным КНСКВ.

Таким образом, для случая, когда пассивный КНСКВ установлен ниже по потоку от НОА:

Хранение OA в НОА=(содержание OA в подаваемом газе - количество OA, удаленных в пассивном КНСКВ) - содержание OA выходе выхлопной трубы.

Восстановление OA в пассивном КНСКВ можно смоделировать.

Кроме того, датчик 22f OA на выходе выхлопной трубы можно также использовать для непосредственного измерения утечки OA и это можно использовать для начала очистки НОА 10.

Путем использования второго варианта осуществления изобретения, показанного на ФИГ. 4, можно повысить надежность планирования благодаря использованию расположенного выше по потоку датчика 22b OA и датчика 22f OA выхлопной трубы, которые обеспечивают фактические измерения OA поступающих в НОА 10 и утечки OA из НОА 10, а не использовать прогнозы на основании моделей системы.

Как и ранее, оптимальную точку конверсии НОА 10 также можно смоделировать, чтобы сместить планирование очистки к точке максимальной эффективности OA или максимальной конверсии OA. Эффективность конверсии накопленных OA можно смоделировать как функцию измеренных НОА температуры, расхода газа из МРВ датчика 23а, расчетного хранения OA по двум датчикам 22b и 22f OA и воздушно-топливного отношения, измеренного лямбда датчиком 22а во время очистки.

Как и ранее, при наличии пассивного КНСКВ 11 ниже по потоку в выхлопной системе 7, планирование очисток также можно модифицировать с целью доведения до максимума выработки NH3 за счет CO₂ для того, чтобы улучшить конверсию OA в пассивном КНСКВ 11, который использует NH3 в качестве восстановителя.

Как и ране, эффективность конверсии можно также использовать для смещения очисток НОА к максимальной конверсии накопленных OA с целью достижения минимального расхода топлива/CO₂.

Как и ранее, картированное потребление топлива в связи с чисткой НОА можно также использовать для запуска НОА-чисток с целью минимизации расхода топлива/CO₂.

Электронную систему 20 можно, как упоминалось ранее, использовать с более чем одним графиком очистки.

Например, может существовать первый график очистки для смещения очистки НОА 10, чтобы минимизировать OA выхлопной трубы; второй график очистки для смещения очистки НОА 10, чтобы минимизировать расходы рациона конверсии OA в CO₂, а также третий график очистки, чтобы модифицировать график очистки для максимальной выработки NH3 за счет CO₂.

На ФИГ. 5 приведены примеры ключевых зависимостей относительно расстояния, пройденного автомобилем между событиями: регенерацией НОА и очисткой НОА (снижение концентрации оксидов азота (СКОА)).

Следует понимать, что вместо расстояния, пройденного между событиями очистки ключевые зависимости можно привязывать к длительности работы двигателя между очистками.

Первая зависимость - это зависимость CO₂ относительно расстояния между событиями очистки, а вторая - это зависимость между количеством топлива, переданного моторному маслу относительно расстояния между событиями очистки. Так как обе эти зависимости имеют одинаковую характеристику, они показаны отдельной кривой, хотя фактические значения будут, конечно, разными.

Можно видеть, что по мере увеличения расстояния между событиями очистки, количество CO₂ и топлива в масле снижается. Это не удивительно, так как и CO₂, и топливо в масле привязаны к дополнительному топливу, используемому для очистки НОА путем задействования двигателя, работающего на обогащенной смеси (Лямбда<1). Поэтому, если единственным требованием является снижение топлива в масле или CO₂, то желательно увеличить расстояние между событиями очистки до возможно максимального расстояния.

Третья зависимость существует между содержанием OA на выходе из выхлопной трубы и расстоянием, пройденным между событиями очистки. Кривая в основном U-образная, при этом минимальное значение обозначено стрелкой «а». Точка «а» соответствует расстоянию, использованному в первом графике очистки.

Для расстояний между событиями очистки менее оптимальной точки «а», количество OA на выходе выхлопной трубы увеличивается, так как расстояние сокращается из-за влияния повышенной частоты событий очистки и их отрицательного влияния содержание OA на выходе выхлопной трубы в силу работы двигателя на пере обогащенной смеси (Лямбда<1) во время очистки.

Для расстояний больше оптимальной точки «а» количество OA на выходе выхлопной трубы увеличивается в силу увеличения утечки OA в сочетании с OA, вырабатываемых в процессе очистки, оба явления отрицательно влияют на содержание OA на выходе выхлопной трубы.

Четвертая зависимость - это соотношение G между подавлением OA и выработка CO₂ с учетом расстояния, пройденного между событиями очистки.

В этом случае зависимость падает по мере увеличения расстояния, пройденного между событиями очистки, пока при расстоянии, обозначенном стрелкой «b», она не достигнет минимума. От минимальной точки «о» она начинает снова расти, так как расстояние между событиями очистки увеличивается все больше в силу того, что утечка OA оказывает отрицательное воздействие на подавление OA, и в силу того, что воздействие такой утечки OA настолько значительное, что оно перевешивает понижение уровня CO₂ по мере увеличения расстояния между событиями очистки. Точка «b» представляет подход минимальный расход топлива/CO₂ к планированию очистки НОА, посредством чего начинается процесс очистки, когда соотношение 6 находится на минимуме.

OA на выходе выхлопной трубы = Функция (FG NOx + NOx_slip + NOx_purge + NOx_conv%)

Где:

FG NOx = OA в подаваемом газе

NOx_slip = OA в результате утечки;

NOx_purge = OA после очистки; и

NOx_conv% = OA в силу коэффициента нейтрализации НОА.

Если способ предусматривает более одного графика очистки, точка «b» соответствует расстоянию, используемому до второго графика очистки, и способ переключается с очистки в точке «а» на очистку в точке «b», как описывалось выше.

Однако согласно ФИГ. 5 можно видеть, что если очистка откладывается, пока не будет пройдено это расстояние с момента последней очистки, тогда уровень OA на выходе выхлопной трубы с учетом любого события очистки и утечки OA значительно выше оптимальной точки «а», как показано на ФИГ. 5 точкой «Р».

Авторы изобретения, таким образом, поняли, что при все более жестких задачах по подавлению OA способ, который оптимизирует OA на выходе выхлопной трубы, на что указывает точка «а», позволит автомобилю соответствовать законодательному лимиту, чего в противном случае не произошло бы. Например, если уровень OA на выходе выхлопной трубы, который необходимо поддерживать для соответствия нормативному уровню, установлен на уровне L, то автомобиль, использующий способ к настоящему изобретению, будет соответствовать этому требованию, тогда как тот же автомобиль, оптимизированный для соотношения ∈, не подойдет, так как точка Р превышает предел «L».

Поэтому в итоге обычная стратегия контроля дизельного НОА основана на OA подаваемого топлива, хранении НОА, подавления OA в НОА, а также минимизации расходов, связанных с очисткой топлива. Это требует использования значительного объема хранения НОА, чтобы сократить количество очисток и затрат на эти очистки. Результатом такой стратегии является то, что НОА стараются наполнить до высокого уровня его емкости, порядка 90-100%, и это увеличивает частоту и возникновение проскока, выделения или утечки OA в силу температуры отработавших газов и изменений расхода. Другими словами, выбросы OA из выхлопной трубы не уменьшаются из-за проскока или утечки OA из НОА. В соответствии с настоящим изобретением очистки не планируют, как это делали ранее в устаревших системах, когда НОА фактически заполнен, а вместо этого планируют достижения минимального содержания OA на выходе выхлопной трубы. Это достигается путем частоты очистки (путем сокращения расстояния между очистками), чтобы инициировать очистки, когда НОА лишь частично заполнен. Такой подход доводит до максимума уровень запаса НОА и фактические устраняет риск утечки OA из НОА.

Специалистам в данной области будет понятно, что, хотя изобретение было описано в качестве примера со ссылкой на несколько вариантов осуществления, оно не ограничено раскрытыми примерами осуществления, а лишь объемом притязаний изобретения в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Способ планирования регенерации накопителя оксидов азота (OA) обедненной смеси предусматривает использование по меньшей мере одного графика очистки для планирования регенерации накопителя OA обедненной смеси. Когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, превышает заранее заданный уровень, используют первый график очистки для очистки накопителя OA обедненной смеси. Первый график очистки основан на зависимости между содержанием OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы и одним из следующего: временем наработки двигателя между событиями очистки и расстоянием, пройденным между событиями очистки, для прогнозирования времени наработки двигателя или расстояния, проходимого между событиями очистки, которые приведут к минимальному количеству OA в отработавших газах. Когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, ниже заранее заданного уровня, используют второй график очистки для очистки накопителя OA обедненной смеси, при этом второй график очистки минимизирует коэффициент преобразования OA по сравнению с CO₂, выработанной двигателем. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ планирования регенерации накопителя оксидов азота (OA) обедненной смеси, выполненного с возможностью приема отработавших газов из двигателя автомобиля, работающего на обедненной смеси, при этом способ предусматривает использование по меньшей мере одного графика очистки для планирования регенерации накопителя OA обедненной смеси, при этом, когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, превышает заранее заданный уровень, используют первый график очистки для очистки накопителя OA обедненной смеси, при этом первый график очистки основан на зависимости между содержанием OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы и одним из следующего: временем наработки двигателя между событиями очистки и расстоянием, пройденным между событиями очистки, для прогнозирования времени наработки двигателя или расстояния, проходимого между событиями очистки, которые приведут к минимальному количеству OA в отработавших газах, выработанных двигателем, на выходе выхлопной трубы, и для реализации очистки накопителя OA обедненной смеси при прогнозируемом времени наработки двигателя или на прогнозируемом пройденном расстоянии с целью минимизации содержания OA в отработавших газах, выработанных двигателем, на выходе выхлопной трубы и, когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, ниже заранее заданного уровня, используют второй график очистки для очистки накопителя OA обедненной смеси, при этом второй график очистки минимизирует коэффициент преобразования OA по сравнению с CO₂, выработанной двигателем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно предусматривает создание модели хранения накопителя OA обедненной смеси и использование модели хранения накопителя OA обедненной смеси для прогнозирования момента утечки OA с целью минимизации содержания OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что модель хранения накопителя OA обедненной смеси обеспечивает оценку OA, накопленных в накопителе OA обедненной смеси, в виде функции смоделированной температуры накопителя OA обедненной смеси и смоделированного расхода отработавших газов.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что модель хранения накопителя OA обедненной смеси обеспечивает оценку OA, накопленных в накопителе OA обедненной смеси, на основе измерения OA поступающих на вход накопителя OA обедненной смеси и смоделированного расхода отработавших газов.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ дополнительно предусматривает использование датчика OA, расположенного выше по потоку от накопителя OA обедненной смеси, и датчика OA, расположенного ниже по потоку от накопителя OA обедненной смеси, для непосредственного измерения содержания OA и использование результатов измерений указанных датчиков, расположенных выше и ниже по потоку для прогнозирования момента утечки OA с целью минимизации содержания OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ дополнительно предусматривает использование датчика OA, расположенного ниже по потоку от накопителя OA обедненной смеси, для непосредственного измерения OA и использования результатов измерений от датчика OA, расположенного ниже по потоку, для непосредственного измерения утечки OA с целью их использования при планировании очистки для минимизации содержания OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ниже по потоку от накопителя OA обедненной смеси установлен пассивный каталитический нейтрализатор селективного восстановления, и первый график очистки выборочно модифицируют с целью максимальной выработки аммиака (NH3) для использования в пассивном каталитическом нейтрализаторе селективного восстановления, расположенном ниже по потоку.

8. Электронная система планирования очистки накопителя OA обедненной смеси, выполненного с возможностью приема отработавших газов из двигателя, работающего на обедненной смеси, при этом электронная система выполнена с возможностью создания по меньшей мере одного графика очистки для планирования очистки накопителя OA обедненной смеси, при этом, когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, превышает заранее заданный уровень, электронная система выполнена с возможностью создания и использования первого графика очистки на основе зависимости между содержанием OA в отработавших газах на выходе выхлопной трубы и одним из следующего: временем наработки двигателя между событиями очистки и расстоянием, пройденным между событиями очистки, для прогнозирования времени наработки двигателя или расстояния, проходимого между событиями очистки, которые приведут к минимальному количеству OA в отработавших газах, выработанных двигателем, на выходе выхлопной трубы, и электронная система также выполнена с возможностью использования первого графика очистки для реализации очистки накопителя OA обедненной смеси при прогнозируемом времени наработки двигателя или на прогнозируемом пройденном расстоянии с целью минимизации содержания OA в отработавших газах, выработанных двигателем, на выходе выхлопной трубы, и, когда параметр, указывающий на один из следующего: срок наработки накопителя OA обедненной смеси и коэффициент выброса, ниже заранее заданного уровня, электронная система выполнена с возможностью создания и использования второго графика очистки, чтобы минимизировать коэффициент преобразования OA, выработанных двигателем, по сравнению с CO2, выработанной двигателем.

9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что электронная система содержит центральный процессор, выполненный с возможностью создания первого графика очистки.

10. Система по п. 8, отличающаяся тем, что электронная система содержит центральный процессор, выполненный с возможностью управления

двигателем с целью очистки накопителя OA обедненной смеси в соответствии с первым графиком очистки.

11. Система по п. 8, отличающаяся тем, что электронная система содержит центральный процессор, выполненный с возможностью создания второго графика очистки.

12. Система по п. 8, отличающаяся тем, что электронная система содержит центральный процессор, выполненный с возможностью управления двигателем с целью очистки накопителя OA обедненной смеси в соответствии со вторым графиком очистки.